GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN KHÍ CỤ ĐIỆN - PHẦN I MÁY ĐIỆN - CHƯƠNG 4 ppsx

126
CHƯƠNG IV : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ


§ 4.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

I. Phân loại và kết cấu:
1. Phân loại:
Theo kết cấu của vỏ, máy điện không đồng bộ có thể chia thành các kiểu chính sau: kiểu hở, kiểu
bảo vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, …
Theo kết cấu của roto, máy điện không đồng bộ chia làm hai lọai: Loại roto kiểu dây quấn và loại
roto kiểu lồng sóc.
Theo số pha trên dây quấn stato có thể chia thành các loại: Một pha, hai pha, ba pha.

2. Kết cấu: Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ gồm các bộ phận chính
sau.

a. Phần tĩnh hay stato: trên stato có vỏ, lõi sắt và dây quấn.
- Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ. Thường vỏ
máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kW ) thường dùng thép tấm hàn
lại làm thành vỏ. Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.

- Lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi
sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ
hơn 990 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng
những tấm hình rẽ quạt ( hình 4-1) ghép lại thành khối tròn.

Hình 4-1. Lá thép kỹ thuật điện hình rẻ quạt
dùng để
ghép lõi sắt stato của máy điện không đồng bộ cỡ vừa và lớn

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện
xoáy gây nên. Nếu lõi sắt ngắn thì có thể ghép thành một khối. Nếu lõi sắt dài quá thì thường ghép
thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 6 đến 8 cm, đặt cách nhau 1 cm để thông gió cho tốt. Mặt
trong của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
-Dây quấn:
Dây quấn stato được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.
b. Phần quay hay roto:
Phần này có hai bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn.
- Lõi sắt:
Nói chung thì người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stato. Lõi sắt được ép trực tiếp
lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lá thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

127
-Rôto và dây quấn rôto:
Rôto có hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc.
Loại rôto kiểu dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato. Trong máy điện cỡ
trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt được những dây đầu nối, kết cấu
dây quấn trên rôto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây
quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba vành trượt thường làm
bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của loại động cơ điện rôto kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ
hay sức điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải

thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch.
Loại rôto kiểu lồng sóc: kết cấu của loại dây quấn này rất khác với dây quấn stato. Trong
mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại
ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen
gọi là lồng sóc ( hình 4-2 ).


Hình 4-2. Dây quấn rôto kiểu lồng sóc làm bằng đồng.

Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để cải thiện tính năng mở máy, trong máy
công suất tương đối lớn, rãnh rôto có thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc
hay còn gọi là lồng sóc kép ( hình 4-3 ). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thường được làm chéo đi
một góc so với tâm trục.



Hình 4 -3. Những kiểu rãnh đặc biệt của rôto lồng sóc.
c. Khe hở:
Vì rôto là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2
đến 1 mm trong máy điện cỡ nhỏ và vừa ), để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và như vậy
mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

128


Hình 4 - 4. Động cơ điện rôto lồng sóc

II. Các lượng định mức :
Cũng như tất cả máy điện khác, máy điện không đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều
kiện kỹ thuật của máy. Các trị số này do nhà máy thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn
máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các
trị số định mức của động cơ điện khi máy tải định mức. Các trị số đó thường bao gồm:
- Công suất định mức ở đầu trục P
đm
( kW hay W ).
- Dòng điện dây định mức I
đm
( A ).
- Điện áp dây định mức U
đm
( V ).
- Cách đấu dây ( Y hay ∆ ).
- Tốc độ quay định mức n
đm
( vg/ph ).
- Hiệu suất định mức η
đm
( % ).
- Hệ số công suất định mức cosφ
đm
.
- Các đại lượng khác.
Từ các trị số định mức ghi trên nhãn máy có thể tìm được các trị số quan trọng khác:
Công suất định mức mà động cơ điện tiêu thụ:
đmđmđm
đm
đm

đm
IU
P
P


cos3
1


Mô men quay định mức ở đầu trục:
đm
đmđm
đm
n
P
P
M 975,0
81,9
1




Trong đó
60
.
2
dm
n



 là tốc độ quay tính bằng rađ/s.

III. Công dụng của máy điện không đồng bộ:
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ. Do kết cấu
đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một loại
máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng
nghìn kilôoat. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

129
máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ, …
trong hầm mỏ dùng làm quạt gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông
sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan
trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, … Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất
điện khí hóa, tự động hóa và sinh họat hằng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ
ngày càng rộng rãi.
Tuy vậy, máy điện không đồng bộ có những nhược điểm như sau: cosφ của máy thường không cao
và đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng của máy điện không đồng bộ có phần bị hạn
chế.
Máy điện không đồng bộ có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt so với máy phát
điện đồng bộ, nên chỉ trong một vài trường hợp nào đó ( như trong quá trình điện khí hóa nông thôn )
cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có một ý nghĩa quan trọng.

CÂU HỎI:

1. Một động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn, dây quấn stato ngắn mạch. Cho điện xoay

chiều ba pha tần số f
1
vào dây quấn rôto, từ trường quay so với rôto quay với tốc độ n
1
theo chiều
kim đồng hồ. Hỏi lúc đó rôto quay theo chiều nào ? Tính toán hệ số trượt s như thế nào ? Khi s = 0
thì tốc độ bằng bao nhiêu ?
2. Tại sao máy điện không đồng bộ là loại máy điện được dùng rộng rãi nhất ?
3. Máy điện không đồng bộ thường chia thành những loại nào ? Đặc

điểm của từng loại ?
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

130
§ 4.2 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG
BỘ

I. Đại cương:
Nói chung trên stato của máy điện không đồng bộ có dây quấn m
1
pha ( thường m
1
= 3), trên rôto
có dây quấn m
2
pha ( m
2
= 3 đối với động cơ rôto dây quấn, còn đối với động cơ rôto lồng sóc thì m

2

> 3 dây quấn nhiều pha). Như vậy trong máy có hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ
có sự liên hệ về cảm ứng từ. Khi máy làm việc bình thường, trên dây quấn stato có từ thông tản và
tương ứng có điện kháng tản, trên dây quấn rôto cũng vậy và giữa hai dây quấn có hỗ cảm.
Vì vậy ta có thể coi máy điện không đồng bộ như một máy biến áp mà dây quấn stato là dây quấn
sơ cấp, dây quấn rôto là dây quấn thứ cấp và sự liên kết giữa hai mạch điện sơ cấp và thứ cấp là
thông qua từ trường quay ( ở máy biến áp là từ trường xoay chiều ). Do đó có thể dùng cách phân
tích kiểu máy biến áp để nghiên cứu những nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ
như: Thiết lập các phương trình cơ bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ, … và phần nào sử dụng
những kết quả đạt được khi phân tích máy biến áp.
Cần chú ý là khi phân tích nguyên lý cơ bản của máy điện không đồng bộ, ta chỉ xét đến tác dụng
của sóng cơ bản mà không xét đến tác dụng của sóng bậc cao vì tác dụng của chúng là thứ yếu.

II. Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên:
Bình thường khi làm việc, dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ được nối ngắn mạch và
máy quay với tốc độ nào đó )0(

n . Nhưng có một số quan hệ mà khi rôto đứng yên ( n = 0 ) vẫn tồn
tại và qua trạng thái đó có thể hiểu một cách dễ hơn nguyên lý làm việc của máy điện không đồng
bộ. Vì thế trước hết ta sẽ nghiên cứu trường hợp rôto đứng yên. Thực ra có thể coi động cơ điện lúc
mở máy nằm trong trường hợp này.
Đặt một điện áp U
1
có tần số f
1
vào dây quấn stato, trong dây quấn stato sẽ có dòng điện I
1
, tần số
f

1
; trong dây quấn rôto có dòng điện I
2
, tần số cũng là f
1
. Dòng điện I
1
và I
2
sinh ra sức từ động quay
F
1
và F
2
có trị số :

1
11
1
1
2
I
p
kw
m
F
dq



2
22
2
2
2
I
p
kw
m
F
dq




Trong đó:
m
1
, m
2
là số pha của dây quấn stato và rôto;
p là số đôi cực;
w
2
, w
1
, k
dq1
, k

dq2
là số vòng dây nối tiếp trên một pha và hệ số dây quấn stato, rôto.

Hai sức từ động này cũng quay với tốc độ đồng bộ n
1
= 60f
1
/p và tác dụng với nhau để sinh ra sức
từ động tổng trong khe hở F
o
. Vì vậy phương trình cân bằng về sức từ động có thể viết:











2
01
.
.
2
.
1
,

FFF
FFF
O
(4-2)


Giống như cách phân tích máy biến áp, ở đây có thể coi như dòng điện stato
.
1
I gồm hai thành
phần: một thành phần là
.
0
I tạo nên sức từ động
0
11
1
.
0
2
I
p
kw
m
F
dq


và một thành phần là
(4

-
1)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

131









,
2
.
I tạo nên sức từ động
,
2
.
11
1
,
2
.
2

)( I
p
kw
m
F
dq


bù lại sức từ động
.
2
F của dòng điện thứ
cấp
.
2
I .
Như vậy ta có:









,
2
.
0

1
III

Hay
.
0
,
2

1
III  (4-3)
So sánh sức từ động
.
2
F
do dòng điện
.
2
I
của rôto và thành phần
,
2
.
I của dòng điện stato sinh ra,
ta có:
,
2
.
11

1
.
2
22
2
22
I
p
kw
m
I
p
kw
m
dqdq




Từ đó tìm ra được tỷ số biến đổi dòng điện:

222
111
,
2
.
.
2
dq
dq

i
kwm
kwm
I
I
k 
(4-4)

Dòng điện quy đổi của rôto sang stato bằng:
i
k
I
I
.
2
,
2
.

Từ thông chính

do sức từ động F
o
sinh ra trong khe hở quét qua hai dây quấn stato và rôto và cảm
ứng ở đó những sức điện động mà trị số bằng:






2222
1111
44,4
44,4
dq
dq
kwfE
kwfE
(4-5)

Khi rôto đứng yên, f
1
= f
2
nên tỷ số biến đổi điện áp của máy điện không đồng bộ bằng:


22
11
2
1
dq
dq
e
kw
k
w
E
E
k

 (4-6)

Quy đổi E
2
sang bên sơ cấp ta được:
21
,
2
EkEE
e



Do từ thông tản của stato
1


nên trong dây quấn stato sẽ cảm ứng nên sức điện động tản
1
.
11
xIjE 

, trong đó x
1
là điện kháng tản của dây quấn stato. Nếu xét cả điện áp rơi trên điện trở
r
1
của dây quấn stato
1

.
1
rI thì phương trình cân bằng về sức điện động trong mạch điện stato bằng:
 
.
1
.
1
.
111
.
1
.
11
.
1
.
1
.
1
.
1
ZIEjxrIErIEEU 









(4-7)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

132
Trong đó Z
1
= r
1
+ jx
1
là tổng trở của dây quấn stato.
Trên dây quấn rôto cũng vậy. Do dây quấn rôto ngắn mạch nên phương trình cân bằng về sức
điện động trong mạch điện rôto như sau:

 
.
2
.
2
.
222
.
2
.
2
0 ZIEjxrIE 

(4-8)
Trong đó:
R
2
là điện trở rôto bao gồm cả điện trở phụ mắc vào nếu có;
X
2
là điện kháng tản trên dây quấn rôto;
Z
2
= r
2
+ jx
2
là tổng trở của dây quấn rôto.
Cũng giống như máy biến áp ta có thể viết:

 
mmomo
jxrIZIE 

1
(4-9)
Trong đó:

.
o
I
là dòng điện từ hóa sinh ra sức từ động
.

o
F

r
m
là điện trở từ hóa đặc trưng cho tổn hao sắt
x
m
là điện kháng từ hóa biểu thị sự hỗ cảm giữa stato và rôto.
Muốn qui đổi điện trở và điện kháng rôto sang bên stato phải áp dụng nguyên tắc tổn hao không
đổi và góc pha giữa E
2
và I
2
không đổi. Khi qui đổi r
2
ta có:
,
2
,
2
212
2
22
rImrIm 

Từ đó ta được:
222
222
111

1
2
2
,
2
2
1
2
,
2
rkrkkr
kwm
kwm
m
m
r
I
I
m
m
r
ie
dq
dq























 (4-10)

Trong đó k = k
e
k
i
là hệ số qui đổi của tổng trở.
Khi qui đổi x
2
, ta có :
,
2
,
2

2
2
2
r
x
r
x
tg 



Và được:

22
2
,
2
,
2
kxx
r
r
x  (4-11)

Khi viết phương trình trên ta coi như trục dây quấn stato và rôto cùng pha trùng pha
( hình 4-5a ).


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

133

a) b)

Hình 4 -5. Sơ đồ máy điện không đồng bộ có trục
dây quấn stato và rôto cùng pha trùng nhau (a) và lệch pha nhau 1 góc

(b)

Trong trường hợp chung, giả sử dây quấn rôto lệch với dây quấn stato một góc không gian theo
chiều của từ trường quay ( hình 4-5b ), thì khi từ trường quay quét qua các dây quấn ta có:


j
e
eE
k
E


.
1
.
2
1


j

e
e
Z
E
kZ
E
I


2
.
1
2
.
2
.
2
1


Ta thấy khi dây quấn rôto dịch phía trước dây quấn stato một góc không gian thì sức điện động
và dòng điện của nó chậm sau một góc pha về thời gian so với khi hai dây quấn cùng pha có trục
trùng nhau. Trong trường hợp đó, biên độ của sức từ động quay F
2
do dòng điện của rôto I
2
sinh ra sẽ
đạt tới vị trí trùng với trục pha của dây quấn rôto ( ví dụ pha a ) chậm một khoảng thời gian ứng với
thời gian cần thiết để F
2

quay đi một góc .
Vì ở đây ( hình 4-5b) trục pha a của rôto đã có vị trí vượt trước trục pha A của stato một góc, nên
sức từ động F
2
có vị trí tương đối so với sức từ động F
1
hoàn tòan giống như khi hai trục dây quấn
stato và rôto trùng nhau như đã xét ở trường hợp của hình 4-5a. Kết quả là sức từ động tổng Fo và từ
thông tổng tương ứng sẽ không đổi, do đó trị số của sức điện động, điện áp, dòng điện đều không
thay đổi.
Từ phân tích ở trên ta rút ra kết luận là ở một thời điểm nhất định, trục sức từ động của rôto so
với vị trí của dây quấn stato vẫn không vì vị trí của dây quấn rôto mà thay đổi. Do đó phương trình
cân bằng sức từ động đã viết ở trên vẫn đúng. Khi trục dây quấn rôto lệch với trục dây quấn stato
cùng pha thì chỉ có sức điện động và dòng điện lệch đi một góc pha. Nhưng vì chúng ta chỉ cần giải
ra dòng điện và sức điện động của stato, còn rôto chỉ tác dụng lên stato thông qua sức từ động của
nó, cho nên khi β = 0 hay β # 0 ta coi như ở trên stato không có gì thay đổi, vì vậy là dùng trường
hợp β = 0 để lập quan hệ giữa stato và rôto. Như vậy có thể tránh sự phức tạp khi xét thêm góc .
Tóm lại các phương trình cơ bản đặc trưng cho tình trạng làm việc ngắn mạch của máy điện
không đồng bộ khi quy đổi sang stato bao gồm:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

134
.
0
.
1
.
0

.
1
,
2
.
.
1
,
2
.
,
2
,
2
.
,
2
.
.
1
.
2
.
1
0
m
ZIE
III
EE
ZIE

ZIEU







Khi rôto đứng yên mà dây quấn rôto ngắn mạch, nếu muốn giới hạn các dòng điện
.
1
I và
.
2
I
trong dây quấn stato và rôto đến các trị số định mức của chúng thì cũng như ở máy biến áp lúc ngắn
mạch cần phải giảm thấp điện áp đặt vào. Điện áp ấy ( gọi là điện áp ngắn mạch ) vào khoảng
đm
U
%
20
15
 . Cũng do đó mà sức điện động
.
1
E trong máy nhỏ đi rất nhiều, từ thông chính trong
máy rất ít, nghĩa là sức từ động trong máy từ hóa
.
0
F rất nhỏ so với

.
1
F và
.
2
F , do đó ta có thể bỏ qua
.
0
F . Lúc đó ta có:
0
.
0
.
2
.
1
 FFF
Hay:
0
,
2

1
 II (4-13)
n
Z
U
ZZ
U
I

.
.
,
2
1
.
1
.
1




Trong đó:
 
nnn
jxrxxjrrZZZ  )(
,
21
,
21
,
2
1

Khi

1
đm
UU  thì

.
1
I đó chính là dòng điện mở máy.
Đồ thị vectơ và mạch điện thay thế như ở hình 4-6 và 4-7.


Hình 4-6. Đồ thị vectơ của máy điện
không đồng bộ khi rôto đứng yên.


(4
-
12)


Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

135


Hình 4-7. Mạch điện thay thế của
máy điện không đồng bộ khi ngắn mạch.

III.
Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay:

Khi rôto quay thì trị số tần số sức điện động và dòng điện của rôto thay đổi, điều đó ảnh hưởng
rất lớn đến sự làm việc của máy điện, nhưng nó không làm thay đổi nhũng qui luật và quan hệ về

điện từ khi rôto đứng yên. Điều này cần chú ý khi nghiên cứu sau này.
1. Các phương trình cơ bản:
Máy điện không đồng bộ khi làm việc thì dây quấn rôto nhất định phải kín mạch và thường là
ngắn mạch. Nối dây quấn stato với nguồn điện ba pha thì trong dây quấn có dòng điệ I
1
, do đó
phương trình cân bằng về sức điện động trên dây quấn stato vẫn như cũ:
 
.
11111
jxrIEU 

(4-14)

Từ trường khe hở sinh ra F
1
quay vớ tốc độ đồng bộ n
1
. Nếu rôto quay với tốc độ n theo chiều
quay của từ trường quay thì tốc độ tương đối giữa từ trường quay với dây quấn rôto là n
2
= n
1
– n.
Tần số sức điện động và dòng điện trong dây quấn sẽ là:
1
1
1
12
2

.
6060
fs
pn
n
nnpn
f 

 (4-15)
Trong đó
1
1
n
nn
s

 là hệ số trượt của máy điện không đồng bộ. Thường khi động cơ điện không
đồng bộ ở tải định mức thì .05.002,0


s
Trị số sức điện động trên dây quấn rôto lúc đó bằng:
22222
44,4 sEkwfE
dqs
 (4-16)

Vì điện kháng
fL
L

x


2


nên với dòng điện I
2
có tần số f
2
thì trị số điện kháng của rôto
bằng:
221222
22 sxLsfLfx
s


(4-17)

Do đó phương trình cân bằng về sức điện động của mạch điện rôto là:
)(0
2222 ss
jxrIE 

(4-18)
Hay sau khi đã quy đổi:

)(0
,
2

,
2
,
2
,
2
s
s
jxrIE 

(4-19)

Trong phương trình trên, sức điện động và dòng điện đều có tần số f
2
, còn bên sơ cấp thì sức điện
động và dòng điện có tần số là f
1
, do đó cần phải quy đổi tần số sang bên sơ cấp thì việc lập hệ thống
phương trình mới có ý nghĩa. Muốn cho tần số phía thứ cấp cũng là f
1
thì từ trường quay phải quét
dây quấn rôto với cùng tốc độ quét dây quấn stato, nghĩa là dây quấn rôto cũng phải đứng yên như
dây quấn stato ( n = 0 ). Khi rôto đứng yên so với khi rôto quay tốc độ từ trường quét dây quấn rôto
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

136
tăng theo tỉ lệ
sn

n
1
2
1
 và sức điện động của dây quấn rôto cũng tăng theo tỉ lệ đó. Vì trừ trường và
dòng điện I
2
đều không đổi nên dòng điện rôto
,
2
I cũng không đổi. Kết quả là phương trình mạch
điện của rôto lúc rôto quay sau khi quy đổi sang tần số f
1
sẽ có dạng:
)
1
()(0
,
2
,
2
,
2
,
2
.
,
2
,
2

,
2
.
,
2
.
r
s
s
jxrIjx
s
r
IE

 (4-20)

Đó là ý nghĩa vật lý của việc quy đổi phương trình có tần số f
2
sang phương trình có tần số f
1
.

Khi rôto quay máy sinh ra công suất cơ. So sánh các phương trình mạch điện rôto khi quay và khi
đứng yên ta thấy chúng khác nhau ở điện trở giả tưởng
,
2
1
r
s
s


. Vậy công suất cơ là công suất tiêu
thụ trên điện trở giả tưởng đó và có giá trị bằng
,
2
,
2
21
1
r
s
s
Im

.

Công suất cơ phụ thuộc vào hệ số trượt s hoặc tốc độ n. Khi tốc độ bằng không, điện trở giả
tưởng bằng không dẫn đến công suất cơ không còn.

Tóm lại toàn bộ các phương trình cơ bản lúc rôto quay:

 
.
11111
jxrIEU 


)(0
,
2

,
2
,
2
.
,
2
.
jx
s
r
IE 
.
1
,
2
.
EE 
.
0
,
2

1
III 
m
ZIE
.
0
.

1


2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ:

Dựa vào phương trình cơ bản trên, tương tự như máy biến áp ta có thể thiết lập được mạch điện
thay thế hình T cho máy điện không đồng bộ khi rôto quay như ở hình 4-8. Nhưng chú ý cho điện trở
giả tưởng của máy điện không đồng bộ đặc trưng cho sự thể hiện công suất cơ trên trục của máy.
Điện trở giả tưởng biến đổi, biểu thị cho sự thay đổi của tải cơ trên trục máy.
Dùng mạch điện thay thế có thể tính ra dòng điện stato, rôto, mômen, … và những tham số khác
thuộc về đặc tính làm việc.
Như vậy ta đã chuyển việc tính toán một hệ thống điện cơ của máy điện không đồng bộ thành
việc tính toán một mạch điện đơn giản. Vì vậy mạch điện thay thế được sử dụng rộng rãi.



Hình 4-8. Mạch điện thay thế hình T của máy điện không đồng bộ.

(4
-
21)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

137
Thường để thuận lợi cho tính tốn, ngưòi ta biến đổi mạch điện thay thế hình T thành mạch điện
thay thế hình


đơn giản hơn .

Cách biến đổi : ta coi dòng điện mạch chính của giản đồ biến đổi hình như là hiệu số hình
học của dòng điện mạch chính và dòng điện không tải lý tưởng lúc s = 0 của giản đồ thay thế
hình T.

Từ hình 4-8 ta có :








1
'
21
'
21
'
2
'
2
'
2
1
1

U

zzzzzz
zz
zz
zz
z
U
I
msms
ms
ms
ms
oo
(4-22)

Và dòng điện trong mạch từ hố khi s = 0 :
'
1
1
1
1
1
1
1
.
1
m
m
m
m
m

oo
z
U
z
U
z
z
z
U
zz
U
I

















(4-23)

với
m
z
z
1
1
1

và
mmm
zzzz 
11
'


1

: hệ số hiệu chỉnh ( hệ số sửa chữa biến đồi)
Dòng điện mạch chính của giản đồ biến đổi :















mmsms
ms
oo
zzzzzzzz
zz
UIII
1
'
21
'
21
'
2
11
''
2
1
.
(4-24)

 
 
2
1
'
2

1
1
1
'
21
'
211
2
1
11
.
.























m
s
m
msmsm
m
z
z
z
z
z
z
U
zzzzzzzz
zU


 

















'
2
'
2
2
1
111
1
'
2
2
1
1
1
1
.
jx
s
r
jxr
U
zz
U

s



Các quan hệ vừa nhận được tương ứng với giản đồ thay thế hình

(dựa vào biểu thức của I
oo
và
– I’’
2
, ta vẽ được giản đồ thay thế )

 














msms
ms

ss
zzzzzz
zzz
z
U
z
ziU
I
'
21
'
21
1
'
2
'
2
1
'
2
11
1
''
2
.
1


'
211

1
1
'
21
1
1
s
m
s
zz
U
z
z
zz
U













(4-25)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

138
Do đó, tỷ số của dòng điện ở mạch chính của hình T và

là :
1
1
''
2
'
2
1


m
z
z
I
I
coi r
m
<< x
m :
mmm
r
r
j

x
x
z
z
111
1
11 












Vì
m
r
r
1
rất bé nên có thể bò qua phần ảo của
1


=>
mm

x
x






11
1
11 trong thực tế :
1

= 1,04

1,08


Hình 4-9. Mạch điện thay thế hình

của
máy điện không đồng bộ




Hình 4-10. Mạch điện thay thế hình

đơn giản hoá
của máy điện không đồng bộ

IV. Các chế độ làm việc, giản đồ năng lượng và đồ thị véctơ của máy điện không đồng bộ:

Máy điện không đồng bộ có thể làm việc ở ba chế độ là động cơ, máy phát và trạng thái hãm.
Tùy theo hệ số trượt s mà có thể dùng mạch điện thay thế để nghiên cứu các đặc tính làm việc của
máy ở ba chế độ đó.

1. Máy làm việc ở chế độ động cơ điện ( 0 < s < 1 ):

Động cơ điện lấy điện năng từ lưới điện vào với P
1
= m
1
U
1
I
1
cosφ
1
. Một phần nhỏ của công suất
đó biến thành tổn hao đồng của dây quấn stato

p
Cu1
= m
1
I
2
1
và tổn hao trong lõi sắt stato


p
Fe
= m
1
I
2
o
r
m
, còn lại phần lớn công suất đưa vào chuyển thành công suất điện từ P
đt
truyền qua
rôto. Như vậy:
s
r
ImppPP
FeCu
đt
,
2
,
2
2111
 (4-26)

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

139


Vì trong rôto có dòng điện nên có tổn hao đồng trong rôto

,
2
,
2
212
rImp
Cu
 , do đó công suất cơ
của động cơ điện là :
,
2
,
2
212
1
r
s
s
ImpPP
Cu
đt
cô









(4-27)

Công suất đưa ra đầu trục động cơ điện P
2
sẽ nhỏ hơn công suất cơ vì khi máy quay có tổn hao
cơ

p
cơ
và tổn hao phụ

p
f
:
)
(
2 fcôcô
p
p
P
P
 (4-28)

Như vậy tổng tổn hao trong động cơ điện là:

fcôCuFeCu
pppppp 

21
(4-29)

Và công suất đưa ra đầu trục:

 pPP
12
(4-30)

Hiệu suất của động cơ điện:
11
2
1
P
p
P
P



(4-31)
Giản đồ năng lượng của động cơ điện không đồng bộ như ở hình 4-11a.

Hình 4-11. Giản đồ năng lượng của động cơ điện không đồng bộ.
a) chế độ động cơ điện; b) chế độ máy phát điện; c) trạng thái hãm

Cũng giống như ở máy biến áp, đồ thị vectơ của động cơ điện không đồng bộ có thể vẽ theo các
phương trình cơ bản (4-21) như ở hình 4-12a.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

140


Hình 4-12. Đồ thị vectơ của động cơ điện không đồng bộ.
a) ở chế độ động cơ; b) ở chế độ máy phát; c) ở trạng thái hãm

Theo mạch điện thay thế hình T ở hình 4-8, có thể thấy rõ sự phân phối công suất phản kháng
trong máy điện không đồng bộ. Động cơ điện không đồng bộ lấy từ lưới vào một công suất phản
kháng bằng:
Q
1
= m
1
U
1
I
1
sinφ
1
(4-32)

Một phần nhỏ công suất phản kháng này được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện
sơ cấp q
1
và thứ cấp q
2
:
1
2
111
xImq 

,
2
,
2
112
xImq 

Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở:
mm
xImIEmQ
2
01011
 (4-34)
Do đó ta có:
1111211
sin

IUmqqQQ
m

 (4-35)

Giản đồ công suất phản kháng của động cơ điện không đồng bộ được thể hiện trên hình 4-13.

Hình 4-13. Giản đồ công suất phản kháng
của động cơ điện không đồng bộ

(4-33)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

141
Do trong máy điện không đồng bộ khe hở lớn hơn trong máy biến áp, nên dòng điện từ hóa I
0

trong máy điện không đồng bộ lớn hơn dòng điện từ hóa trong máy biến áp. Do Q
m
và I
0
tương đối
lớn hơn hệ số công suất cosφ của máy biến áp. Thường trong động cơ điện không đồng bộ,
95
,
0
7
,
0
cos


đm

. Khi không tải cosφ rất thấp, thường 15,01,0cos
0


.
2. Máy làm việc ở chế độ máy phát )0(



s :
Khi hệ số trượt s có giá trị âm thì công suất cơ
,
2
,
2
21
1
r
s
s
ImP
cô








 có giá trị âm, nghĩa là máy
lấy công suất cơ vào. Ngoài ra ta có:
0
/
,
2
,
2
,
2
,
2
2

r
sx
sr
x
tg


nên góc pha
2

giữa sức điện động
.
2
E và dòng điện
.

2
I nằm trong khoảng 90
0
<
2

<180
0
. Từ đồ
thị vectơ của máy phát điện không đồng bộ ( hình 4-12b ) ta thấy φ
1
> 90
0
, do đó công suất điện
P
1
= m
1
U
1
I
1
cosφ
1
< 0 nên máy phát công suất điện vào lưới.
Tuy vậy công suất phản kháng Q
1
= m
1
U

1
I
1
sinφ
1
>0, do đó máy vẫn nhận công suất phản kháng
từ lưới vào như ở trường hợp động cơ điện, đó là đặc điểm của máy phát không đồng bộ. Giản đồ
năng lượng của máy phát không đồng bộ như hình 4-11b.

3. Máy làm việc ở chế độ hãm )1(



s :
Khi s >1 thì công suất
,
2
,
2
21
1
r
s
s
ImP
cô








 < 0, nên máy lấy công suất cơ từ ngoài vào. Công
suất điện từ
0
,
,
2
2
21

s
rIm
P
ñt
nên máy cũng lấy công suất điện từ lưới vào.
Tất cả công suất cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến thành tổn hao đồng trên mạch rôto:
 
2
,
2
,
2
21
,
2
21
2
2

,
,
2
21
1
Cucôñt
prIm
s
s
Im
s
r
ImPP 















Vì tất cả năng luợng lấy vào đều tiêu thụ trên máy nên theo quan điểm phát nhiệt thì khi

U
1
= U
đm
chỉ cho phép máy làm việc trong khoảng thời gian tương đối ngắn.
Trong trường hợp máy làm việc ở chế độ hãm, đồ thị vectơ giống như trường hợp làm việc ở chế
độ động cơ. Giản đồ năng lượng và đồ thị vectơ của máy hãm được trình bày hình 4-11c và 4-12c.

V. Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ:
Vì máy điện không đồng bộ thường được dùng làm động cơ điện, nên khi phân tích sẽ lấy động
cơ điện làm ví dụ và suất phát từ quá trình vật lý về trao đổi năng lượng tìm ra công thức về mômen
để tìm ra quan hệ giữa năng lượng trao đổi với mômen điện từ.
Cũng giống như những máy điện khác, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc phải khắc phục
mômen tải bao gồm mômen không tải M
0
và mômen cản của tải M
2
. Vì vậy phương trìng cân bằng
mômen lúc làm việc ổn định là:
M = M
0
+ M
2
(4-36)

Trong đó M là mômen điện từ của động cơ điện:

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

142


fcô
p
p
M


0




2
2
P
M 

Trong đó:

60
2
n


 là tốc độ góc của rôto.
n là tốc độ quay của rôto.



côfcô
P
P
p
p
M 


2
(4-37)

Mặt khác mômen điện từ do từ trường quay

và dòng điện rôto I
2
tác dụng lẫn nhau mà sinh ra
và từ trường đó quay với tốc độ đồng bộ n
1
, do đó quan hệ giữa công suất điện từ và mômen điện từ
như sau:
1

ñt
P
M  (4-38)

Trong đó:
60
2

1
1
n


 là tốc độ góc đồng bộ của từ trường quay.
Từ đó ta có:
 
ñtñtdtcô
PsP
n
n
PP  1
11


(4-39)
Và tổn hao đồng trên rôto bằng:

ñtcôñtCu
sP
P
P
p

2
(4-40)

Vì
2

cos

222
IEm
ñt
P
nên có:



2
cos

222
IEs-1m
cô
P
(4-41)

Lại có:


2212
.2
dq
kwfE

.

60

1
1
pn
f  là tần số lưới.


 
60
.
2
1
1
n
s


 là tốc độ góc của rôto.
22222
cos
2
1


Ikpwm
P
M
dq
cô
 (4-42)

Từ những quan hệ trên ta thấy rõ vấn đề trao đổi năng lượng từ điện sang cơ ( hay ngược lại )
trong máy điện không đồng bộ. Cách chuyển hóa năng lượng này về mặt điện phụ thuộc vào góc lệch
pha giữa sức điện động và dòng điện, về mặt cơ thì phụ thuộc vào mômen điện từ và tốc độ quay của
máy.
Thường chúng ta lợi dụng mạch điện thay thế để tính ra mômen điện từ theo hệ số trượt s. Theo
mạch điện thay thế hình

của máy điện không đồng bộ ta có:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

143

   
2
,
211
2
,
211
1
,,
2
1
,
2
/ xxsrr
U
II





   
2
,
211
2
,
211
,
2
2
11
,
2
,
2
21
/ xxsrr
s
r
Um
s
r
ImP
ñt





Từ đó ta được quan hệ giữa mômen điện từ với hệ số trượt s:
   
 
2
,
211
2
,
2111
,
2
2
11
1
/2 xxsrrf
s
r
pUm
P
M
ñt



 (4-43)

Trong đó:
p

f
1
1
2




Từ đó ta rút ra được nhận xét chung về mômen điện từ của máy điện không đồng bộ như sau:
- Với tần số và tham số cho trước, mômen điện từ tỉ lệ với bình phương của điện áp.
- Mômen tỉ lệ nghịch với điện kháng


,
211
xx

 khi tần số cho trước.
Dòng điện và mômen của máy điện không đồng bộ là hai tham số rất quan trọng để chỉ tính năng
của máy. Trong những công thức trên, dòng điện và mômen đều là hàm của s, do đó có thể vẽ được
đặc tính I = f ( s ) và M = f ( s ) như ở hình 4-14.



Hình 4-14. Đường biểu diễn mômen điện từ
và dòng điện theo hệ số trượt

Trên hình vẽ có thể thấy được trị số mômen của máy điện không đồng bộ ở chế độ động cơ điện
( 0 < s <1 ), ở chế độ máy phát điện ( s < 0 ) và ở trạng thái hãm ( s > 1 ).
Muốn tìm mômen cực đại ta lấy đạo hàm dM/ds = 0 và được hệ số trượt s

m
ứng với mômen cực
đại M
max
:

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

144
 
2
,
211
2
1
,
21
xxr
r
s
m




 (4-44)

 









2
,
211
2
11
2
11
1
1max
2
1
2
xxrr
pUm
f
M



(4-45)

Trong công thức trên dấu “+ “ dùng cho động cơ điện, dấu “ – “ dùng cho máy phát. Thường

2
1
r
không vượt quá
2,
211
)%(5 xx

 nên có thể bỏ qua. Như vậy ta có:

 
 
,
2111
2
11
1
1max
2
1
2
xxrr
pUm
f
M




 (4-46)

Ta rút ra những nhận xét về mômen cực đại:
- Với tần số và tham số cho trước, M
max
tỉ lệ với
2
1
U .
- M
max
không phụ thuộc vào điện trở của rôto.
- Điện trở rôto
,
2
r càng lớn thì s
m
càng lớn.
- Với tần số cho trước, M
max
tỷ lệ nghịch với điện kháng


,
211
xx

 .
Dòng điện mở máy và mômen mở máy có thể tìm ra được khi đem s = 1 thế vào công thức M
max
.

Ta có mômen mở máy hay mômen khởi động bằng:

   
 
2
,
211
2
,
211
,
2
2
11
1
2
1
xxrr
rpUm
f
M
K



 (4-47)
Ta có nhận xét về mômen mở máy như sau:
- Với tần số và tham số cho trước, M
K
tỷ lệ với

2
1
U .
- Muốn cho khi mở máy M
K
= M
max
thì phải tăng điện trở
,
2
r lên.

1
,
211
,
21



xx
r
s
m



Như vậy điện trở rôto lúc đó bằng:
,
211

,
21
xxr


- Với tần số cho trước thì M
K
tỷ lệ nghịch với điện kháng )(
,
211
xx

 .
Các đường biểu diễn 1, 2, 3, 4 trong hình 4-15 chỉ đặc tính M = f( s ) khi điện trở rôto tăng dần.



Hình 4-15. Đặc tính M = f( s ) với điện trở rôto khác nhau.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

145
Trong thực tế thường không biết các tham số của máy điện không đồng bộ có thể dùng công thức
thực dụng ( biểu thức Klôx ) để tính mômen.



 
















2
,
211
2
,
2
11
2
,
211
2
11
,
21
max

)(
2
xx
s
r
rs
xxrrr
M
M


(4-48)

Mặt khác ta có:

 
m
s
r
xxr
,
21
2
,
211
2
1




m
m
m
m
s
r
r
s
s
s
s
s
r
r
M
M
,
21
1
,
21
1
max
2
12












(4-49)
Trong máy điện không đồng bộ thường
,
21
rr  mà
)
2
.
0
1
,
0
(

m
s
nên
m
s
r
r
,
21

1

rất nhỏ so với
số hạng đứng trước nên ta có thể viết lại là:

s
s
s
s
M
M
m
m


2
max
đây là biểu thức Klôx (KLOSS)

Thường trong lý lịch máy cho biết tỷ số
đm
m
M
M
k
max
 và hệ số trượt s
đm
ứng với công suất định
mức. Lợi dụng những trị số đó tính ra được s

m
. Thế vào biểu thức Klôx có thể tính được mômen theo
s. Tỷ số k
m
gọi là năng lực quá tải của động cơ điện không đồng bộ, nó phản ánh khả năng quá tải mà
động cơ điện có thể chịu được.
Do mômen đầu trục M
2
của động cơ điện không đồng bộ nhỏ hơn mômen điện từ một ít và bằng:
M
2
= M – M
0


Do M
0
rất nhỏ so với mômen đầu trục M
2
nên đặc tính cơ của động cơ điện M
2
= f( n) có thể coi
bằng M = f( n ), do đó đường đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ có dạng như đường đặc
tính M = f( s ) vẽ ở hình 4-14.
Cuối cùng ta phân tích qua sự ổn định của động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc. Giả sử động
cơ điện làm việc với với một mômen tải M
c
nào đó. Theo phương trình cân bằng về mômen thì động
cơ điện có thể làm việc ở hai điểm a và b ( hình 4-14 ).
- Xét trường hợp máy làm việc ở điểm a: Vì lý do nào đấy đột nhiên M

c
tăng lên thì lúc đó
M
c
> M nên tốc độ của máy chậm lại. Ta thấy lúc đó M tăng lên cân bằng với M
c
và động cơ điện
sẽ làm việc ổn định ở thế cân bằng mới.
- Khi máy làm việc ở điểm b thì tình hình không như thế, lúc này nếu M
c
tăng lên thì do
M
c
> M nên tốc độ chậm lại. Nhưng lúc đó M lại giảm đi, M
c
càng lớn hơn M nên không thể ở thế
cân bằng về mômen được nữa và tốc độ tiếp tục giảm đến không. Ta nói máy làm việc ở điểm b
không ổn định. Từ đó ta thấy động cơ điện không đồng bộ chỉ làm việc ổn định ở đoạn OC trên
đường biểu diễn M = f( s ), nghĩa là trong điều kiện:

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

146
dn
dM
dn
dM
hay

ds
dM
ds
dM
cc


VI. Mômen phụ của máy điện không đồng bộ:

Khi phân tích về mômen và đặc tính M = f( s ) ở trên, chúng ta chỉ xét đến tác dụng của từ trường
sóng cơ bản. Nhưng sức từ động và từ cảm trong máy điện không phải hoàn toàn phân bố theo hình
sin, nghĩa là sức từ động của dây quấn stato và rôto ngoài sóng cơ bản ra còn có sóng bậc cao trong
đó bao gồm sóng điều hòa răng. Những từ trường bậc cao đó quay với những tốc độ khác nhau và
cùng sinh ra mômen. Những mômen đó gọi là mômen phụ của máy điện.
Cũng giống như mômen do sóng cơ bản của từ trường sinh ra, những mômen phụ này đều là hàm
của tốc độ quay của máy điện. Mặc dầu những mômen phụ này rất yếu so với mômen do sóng cơ bản
của từ trường sinh ra nhưng trong những trường hợp nhất định như ở tốc độ thấp nó có thể sinh ra
mômen hãm tương đối lớn, làm cho mômen của máy điện giảm xuống rõ rệt ảnh hưởng đến sự làm
việc của máy điện, nhất là trong quá trình mở máy của động cơ điện không đồng bộ.

1. Các loại mômen phụ:
a. Mômen phụ không đồng bộ:
Như ta đã biết dù tốc độ rôto như thế nào, sức từ động sóng cơ bản của stato và rôto đều quay
trong không gian với tốc độ đồng bộ n
1
, do đó sinh ra mômen điện từ và có đặc tính M = f( s ). Khái
niệm này cũng thích ứng cho cả các sóng điều hòa.
Các sóng điều hòa của sức từ động có tốc độ quay khác nhau và cảm ứng trên rôto những sức
từ động quay có cùng tốc độ và số đôi cực do đó cùng sinh ra mômen. Tốc độ quay của từ trường
sóng bậc


là:
1
1
nn




Trong các sóng bậc cao thì sóng bậc 5 và 7 quan trọng hơn cả vì biên độ tương đối lớn và
mômen phụ sinh ra ảnh hưởng nhiều đến mômen của máy điện.
sóng bậc 7 quay thuận với tốc độ đồng bộ
17
7
1
nn  cho nên khi tốc độ máy nằm trong khoảng
1
7
1
0 nn  thì với từ trường sóng bậc 7 máy ở chế độ động cơ điện., khi
1
7
1
nn 
máy ở chế độ
máy phát điện.
Sóng bậc 5 quay nghịch với tốc độ đồng bộ
15
5
1

nn  cho nên tốc độ đồng bộ của nó ở trong
khu vực s > 1 của máy điện. Vì từ trường sóng bậc 5 quay nghịch nên khi tốc độ rôto ở trong khoảng
11
5
1
nnn  mômen sinh ra là âm và chỉ khi
1
5
1
nn  thì mômen mới có giá trị dương.

Trong hình (4-16) đường 2 là đường M = f( s ) do từ trường sóng bậc 7 sinh ra, đường 3 do từ
trường sóng bậc 5 sinh ra, đường 4 là mômen tổng khi xét đế ảnh hưởng của mômen phụ sóng bậc 5
và 7. Ta thấy rõ ở quãng tốc độ bằng
7
1
tốc độ đồng bộ có một mômen cực tiểu M
min
thì động cơ
điện sẽ dừng ở tốc độ tương ứng với điểm a ở hình (4-16).
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

147




Hình 4-16. Đặc tính M = f( s ) khi có cả sóng điều hòa bậc 5, 7 của từ trường.

Ngoài sóng bậc 5 và bậc 7 ra thì trong các sóng bậc cao khác chỉ có sóng điều hòa răng là có
ảnh hưởng rõ ràng.
b. Mômen phụ đồng bộ:
Mômen phụ đồng bộ sinh ra do một sóng điều hòa bậc cao nào đó của từ trường stato tác dụng
với một sóng điều hòa bậc cao có cùng số đôi cực của từ trường rôto. Tác dụng này giống như trong
máy điện đồng bộ, chỉ khi nào hai sóng điều hòa cùng số đôi cực có tốc độ trong không gian như
nhau mới sinh ra được mômen.
Mômen phụ đồng bộ chủ yếu do sức từ động sóng điều hòa răng của stato và rôto sinh ra, do đó
sự phối hợp rãnh giữa stato và rôto có quan hệ nhiều đến việc sinh ra mômen này. Kết quả phân tích
chứng minh rằng. Khi Z
1
= Z
2
hoặc pZZ 2
21
 thì sẽ có mômen phụ đồng bộ. Hình 4-17 vẽ
đường M = f( s ) với kiểu phối hợp rãnh đó.



Hình 4-17. Đặc tính M = f( s ) với 2p = 4.
a) Z
1
= 24, Z
2
= 28; b) Z
1
= 24, Z
2

= 20.

c. Mômen sinh ra chấn động và tạp âm do từ trường sóng điều hòa gây nên:
Động cơ điện khi làm việc thường kêu và rung. Những tạp âm và chấn động đó ngoài nguyên
nhân cơ khí ra, trong nhiều trường hợp là do lực từ kéo lệch trong khe hở sinh ra. Khi trục của răng
stato và răng rôto trùng nhau thì lực kéo đó càng lớn. Nếu trên chu vi khe hở không có chỗ đối xứng
nào giống như vậy thì sẽ sinh ra lực từ kéo lệch môt chiều theo hướng kính. Khi rôto quay, lực từ
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

148
lệch đó cũng quay làm máy rung và tần số rung đó trùng với tần số rung tự nhiên thì sẽ sinh ra cộng
hưởng nghiêm trọng. Kết quả phân tích cho thấy pZZ 21
21
 thì sẽ rung.

2. Phương pháp trừ khử mômen phụ:
Nguyên nhân sinh ra mômen phụ là do sức từ động sóng điều hòa. Vì vậy muốn trừ khử mômen
phụ thì phải làm yếu sức từ động sóng điều hòa đi.
Muốn làm yếu sóng bậc 5 hay bậc 7 có thể dùng dây quấn bước ngắn. Muốn làm yếu sóng điều
hòa răng thì chọn phối hợp rãnh thích đáng. Một phương pháp có hiệu quả nữa là dùng rãnh chéo ở
rôto, thường là chéo một bước răng.
Tác dụng của rãnh chéo là làm cho sức từ động của rãnh phân phối đều trên quãng chéo mà
không tập chung tại một điểm nên có thể làm yếu sóng điều hòa răng của đường phân bố sức từ động
khe hở tổng. Rãnh chéo thường dùng trong động cơ điện rôto lồng sóc công suất nhỏ.
Hình 4-18 chỉ rõ tác dụng của rãnh chéo trong việc trừ khử mômen phụ. Trong hình đường 1 là
đường M = f( s ) ứng với rãnh không chéo, đường 2 ứng với rãnh chéo.

Hình 4-18. Đặc tính mômen của
động cơ điện không đồng bộ có rãnh chéo ở rôto.

VII. Các đường đặc tính của máy điện điện không đồng bộ:

1. Đặc tính tốc độ n = f( P
2
):
Ta có:


snn  1
1


ñt
Cu
P
p
s
2



Khi không tải tổn hao đồng trên rôto

p
Cu2

rất nhỏ so với công suất điện từ nên hệ số trượt
0

s , động cơ điện quay gần tốc độ đồng bộ
1
nn  . Khi tải tăng lên thì tổ hao

p
Cu2
cũng tăng lên
nên tốc độ giảm xuống một ít. Thường khi tải định mức hệ số trượt vào khoảng %55,1

đặc tính
n = f( P
2
) là một đường hơi dốc xuống (hình 4-19).

2. Đặc tính mômen M = f( P
2
):
Theo đường M = f( s ) thì mômen thay đổi rất nhiều theo hệ số trượt s, nhưng trong phạm vi
0 < s < s
m
thì đường M = f( s ) rất gần giống đường thẳng mà s
m
lại tương đối nhỏ vì vậy đặc tính
mômen M = f( P
2
) cũng gần giống đường thẳng. Trong phạm vi làm việc bình thường do tốc độ thay
Truong DH SPKT TP. HCM

Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

1
49
đổi ít nên mômen không tải M
0
hầu như không đổi và quan hệ giữa mômen đưa ra M
2
= M – M
0
với
công suất P
2
đưa ra cũng gần giống đường thẳng.

3. Tổn hao và hiệu suất η = f( P
2
):
Tổn hao trong máy điện không đồng bộ bao gồm tổn hao đồng trong stato và rôto, tổn hao sắt
trong stato, tổn hao cơ và tổn hao phụ. Tổn hao sắt trong rôto rất nhỏ do tần số thấp nên có thể bỏ
qua.
Tổn hao phụ bao gồm tổn hao phụ trong đồng và sắt. Tổn hao phụ trong đồng bao gồm có tổn
hao do hiệu ứng mặt ngoài gây nên và do sóng bậc cao của từ thông sinh ra dòng điện trong rôto.
Thường dùng dây quấn stato có bước ngắn, rãnh chéo ở rôto, chọn phối hợp rãnh thích hợp như
12
25,1 ZZ  để giảm bớt tổn hao phụ.
Tổn hao phụ trong sắt cũng do sóng bậc cao của từ thông gây nên. Trong máy điện không đồng
bộ, tổn hao sinh ra trên bề mặt của rôto do ảnh hưởng của miệng rãnh stato và tổn hao đập mạch trên
răng rôto tương đối lớn. Hai loại tổn hao này trên stato cũng có nhưng vì miệng rãnh rôto rất nhỏ nên

có thể bỏ qua.
Tính tổn hao phụ rất phức tạp nên thường lấy bằng 0,5% công suất đưa vào.
Trong các tổn hao thì tổn hao đồng thay đổi theo bình phương của dòng điện, còn các tổn hao
khác không đổi theo tải.
Hiệu suất của máy bằng:
%100
2
2




PP
P



Đường biểu diễn η = f( P
2
) như ở hình (4-19). Thường thiết kế :

đm
P
2max
)
75
,
0
5
,

0
(

















Hình 4-19. Đặc tính làm việc của máy không đồng bộ.





Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

150

4. Hệ số công suất cosφ = f( P
2
):
Vì máy điện không đồng bộ phải lấy công suất kích từ từ lưới vào nên cosφ luôn luôn nhỏ hơn 1
và chậm sau. Lúc không tải do dòng điện I
2
tăng lên nên cosφ cũng tăng lên và đạt trị số lớn nhất khi
tải xấp xỉ định mức.
5. Năng lực quá tải
đm
m
M
M
k
max
 :
Khi máy điện làm việc bình thường thì
đm
M
M
 . Nhưng trong một thời gian ngắn máy có thể
chịu tải lớn hơn ( quá tải ) mà không xảy ra hư hỏng gì. Trong động cơ điện không đồng bộ năng lực
quá tải
)
8
,
1
6
,
1

(

m
k
đối với máy nhỏ, còn đối với máy vừa và lớn thì 5,28,1 
m
k .
Trong máy điện không đồng bộ thì dòng điện mở máy, mômen mở máy, mômen cực đại, hiệu
suất và hệ số công suất đều tiêu chuẩn hóa.
VIII. Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ trong điều kiện không định mức
1. Điện áp không định mức:
Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế và thường U < U
đm
khi lấy điện ở cuối đường dây tải
điện.
Giả thiết điện áp đặt vào động cơ điện không đồng bộ thấp hơn điện áp định mức. Như ta đã biết
2
UM  nên mômen sẽ giảm bình phương lần so với điện áp. Nếu bỏ qua điện áp rơi trong dây quấn
stato thì 
11
EU , do đó khi U
1
giảm thì E
1
và

cũng giảm theo với mức độ như vậy. Nếu
mômen tải không đổi thì vì
22
cos


ICM
m
 nên I
2
phải tăng lên và tỷ lệ nghịch với sự biến thiên
của

làm máy nóng lên.
Khi điện áp giảm, hệ số công suất có xu hướng tăng lên, điều đó đặc biệt rõ rệt khi tải nhỏ vì
dòng điện từ hóa của động cơ giảm xuống.
Về mặt tổn hao điện áp giảm có ảnh hưởng như sau: Tổn hao trong thép giảm đi gần tỉ lệ với
bình phương của điện áp, tổn hao đồng trong rôto tăng tỉ lệ với bình phương dòng điện, tổn hao đồng
trong stato phụ thuộc vào quan hệ giữa dòng điện từ hóa I
0
và I
2
, trong đó I
0
giảm đi còn I
2
tăng lên.
Rút cục ở những tải nhỏ ( dưới 40% ) tổn hao có giảm đi, nên hiệu suất của động cơ điện hơi tăng
lên so với lúc máy ở điện áp định mức, nhưng khi tải lớn hơn thì hiệu suất bắt đầu giảm nhanh.
Qua đây ta thấy khi máy làm việc tải nhẹ ( < 50%P
đm
) thì nên giảm điện áp máy xuống ( nếu đấu
∆ thì chuyển qua Y ) để có tính năng về cosφ và hiệu suất tốt hơn ( hình 4-20 ).

Hình 4-20. Các đặc tính làm việc của động cơ điện

không đồng bộ khi đổi nối dây quấn từ ∆ sang Y.

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM